(57)【要約】【課題】  主に冷房用となる冷凍サイクルに付加機能を設けることで、乗員が車両に乗り込んだ直後からすぐに暖房効果を発揮できる蒸気圧縮式冷凍機を提供する。【解決手段】  エンジン１０の廃熱を加熱源とする暖房器２６を有する車両に搭載されるものであって、少なくとも電動機２１２を駆動源とする圧縮機２１０によって冷媒が高温高圧に圧縮され、以下、凝縮器２２０、減圧器２４０、蒸発器２５０の順に循環して、蒸発器２５０にて冷凍機能を発揮する蒸気圧縮式冷凍機において、圧縮機２１０からの高温高圧の冷媒を用いて、エンジン１０側に対して加熱機能を発揮する加熱手段（例えばヒートポンプサイクル）４００と、乗員によってエンジン１０が始動される前の段階で、所定部における温度が所定温度以下であると、加熱手段４００を作動させる制御手段６００とを設ける。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（１０）の廃熱を加熱源とする暖房器（２６）を有する車両に搭載されるものであって、
少なくとも電動機（２１２）を駆動源とする圧縮機（２１０）によって冷媒が高温高圧に圧縮され、以下、凝縮器（２２０）、減圧器（２４０）、蒸発器（２５０）の順に循環して、前記蒸発器（２５０）にて冷凍機能を発揮する蒸気圧縮式冷凍機において、
前記圧縮機（２１０）からの高温高圧の前記冷媒を用いて、前記エンジン（１０）側に対して加熱機能を発揮する加熱手段（４００、５００）と、
乗員によって前記エンジン（１０）が始動される前の段階で、所定部における温度が所定温度以下であると、前記加熱手段（４００、５００）を作動させる制御手段（６００）とが備えられたことを特徴とする蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項２】
前記加熱手段（４００、５００）は、前記圧縮機（２１０）と、前記冷媒と前記エンジン（１０）の冷却水との間で熱交換する加熱器（３２０）と、前記加熱器（３２０）から流出する前記冷媒を減圧する第１絞り部（４１２）と、前記凝縮器（２２０）とが順次環状に接続されて、
前記凝縮器（２２０）にて外気からの吸熱機能を果たすと共に、
前記加熱器（３２０）にて前記圧縮機（２１０）からの高温高圧の前記冷媒を加熱源として前記冷却水を加熱するヒートポンプサイクル（４００）としたことを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項３】
前記加熱手段（４００、５００）は、前記圧縮機（２１０）と、前記冷媒と前記エンジン（１０）の冷却水との間で熱交換する加熱器（３２０）と、前記加熱器（３２０）から流出する前記冷媒を減圧する第２絞り部（５１２）とが順次環状に接続されて、
前記加熱器（３２０）にて前記圧縮機（２１０）からの高温高圧の前記冷媒を加熱源として前記冷却水を加熱するホットガスサイクル（５００）としたことを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項４】
前記冷媒を吐出するポンプ（３１０）と、
前記加熱器（３２０）と、
前記冷媒の膨張により作動される膨張機（３３０）と、
前記凝縮器（２２０）とが順次環状に接続されると共に、
前記乗員によって前記エンジン（１０）が始動された後に昇温した前記冷却水を加熱源として前記加熱器（３２０）による前記冷媒の加熱を可能として、
前記加熱器（３２０）からの前記冷媒の膨張によって前記膨張機（３３０）で動力を回収するランキンサイクル（３００）が備えられたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項５】
前記圧縮機（２１０）は、前記加熱器（３２０）から流出した前記冷媒が流入する時には、前記膨張機（３３０）として機能することを特徴とする請求項４に記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項６】
前記制御手段（６００）は、事前に前記乗員から入力された設定時刻に基づく時刻、あるいは前記乗員から入力指示された時の時刻のいずれか一方を、前記エンジン（１０）が始動される前の段階として捉えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項７】
前記所定部位における温度は、外気温度あるいは前記冷却水の温度の少なくとも一方としたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項８】
前記制御手段（６００）は、前記加熱手段（４００、５００）に作動用電力を供給する充電器（１１）の充電量が、所定充電量以上の時に前記加熱手段（４００、５００）を作動させることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項９】
前記エンジン（１０）は、前記エンジン（１０）に対して前記冷却水を循環させる電動式ポンプ（２２）を備えており、
前記制御手段（６００）は、前記加熱手段（４００、５００）を作動させる時に、前記電動式ポンプ（２２）を併せて作動させることを特徴とする請求項２〜請求項８のいずれか１つに記載の蒸気圧縮式冷凍機。
【請求項１０】
前記車両は、走行用駆動源として前記エンジン（１０）に加えて走行用モータを備えるハイブリッド車両であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の蒸気圧縮機式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル内の機器を一部兼用して形成されるヒートポンプサイクルあるいはホットガスサイクルを備える蒸気圧縮式冷凍機に関するものであり、車両用空調装置に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用空調装置の暖房は、例えば特許文献１に示されるように、車両エンジンの温水回路中に配設されて、エンジン冷却水（温水）を加熱源とする加熱用熱交換器（ヒータコア）によって行われるようになっている。尚、冷房については、冷凍サイクル（圧縮機、凝縮器、レシーバ、減圧器、蒸発器が環状に接続されたサイクル）内の蒸発器（特許文献１中では、冷却用熱交換器）によって行われる。
【特許文献１】特開２００１−３０１４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ヒータコアは、車両エンジンが稼動されて、エンジン冷却水の温度が所定温度以上に上昇した後に初めてその機能を発揮するものであるので、暖房が効き始めるまでにある程度の時間を要する。一方、車両ユーザにとっては、特に冬場などの寒い季節には、車両に乗り込んだ直後から暖房が効いて欲しいという強いニーズがある。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、主に冷房用となる冷凍サイクルに付加機能を設けることで、乗員が車両に乗り込んだ直後からすぐに暖房効果を発揮できる蒸気圧縮式冷凍機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００６】
請求項１に記載の発明では、エンジン（１０）の廃熱を加熱源とする暖房器（２６）を有する車両に搭載されるものであって、少なくとも電動機（２１２）を駆動源とする圧縮機（２１０）によって冷媒が高温高圧に圧縮され、以下、凝縮器（２２０）、減圧器（２４０）、蒸発器（２５０）の順に循環して、蒸発器（２５０）にて冷凍機能を発揮する蒸気圧縮式冷凍機において、圧縮機（２１０）からの高温高圧の冷媒を用いて、エンジン（１０）側に対して加熱機能を発揮する加熱手段（４００、５００）と、乗員によってエンジン（１０）が始動される前の段階で、所定部における温度が所定温度以下であると、加熱手段（４００、５００）を作動させる制御手段（６００）とが備えられたことを特徴としている。
【０００７】
これにより、冷凍サイクル（２００）の圧縮機（２１０）を活用して、加熱手段（４００、５００）を形成でき、この加熱手段（４００、５００）によってエンジン（１０）が始動される前の段階からエンジン（１０）側を加熱できる。よって、乗員が車両に乗り込んだ直後からすぐに、エンジン（１０）の廃熱を加熱源とする暖房機（２６）での暖房効果を得ることができる。
【０００８】
また、エンジン（１０）側が始動される前の段階から加熱されることにより、始動直後の暖機時間を短縮することができ、エンジン（１０）の燃費性能およびエミッション性能を向上させることができる。
【０００９】
請求項１に記載の加熱手段（４００、５００）としては、請求項２に記載の発明のように、圧縮機（２１０）と、冷媒とエンジン（１０）の冷却水との間で熱交換する加熱器（３２０）と、加熱器（３２０）から流出する冷媒を減圧する第１絞り部（４１２）と、凝縮器（２２０）とが順次環状に接続されて、凝縮器（２２０）にて外気からの吸熱機能を果たすと共に、加熱器（３２０）にて圧縮機（２１０）からの高温高圧の冷媒を加熱源として冷却水を加熱するヒートポンプサイクル（４００）とすることができる。尚、ヒートポンプサイクル（４００）では、凝縮器（２２０）での吸熱分と圧縮機（２１０）の仕事分に相当する熱量の加熱が可能である。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のように、加熱手段（４００、５００）を、圧縮機（２１０）と、冷媒とエンジン（１０）の冷却水との間で熱交換する加熱器（３２０）と、加熱器（３２０）から流出する冷媒を減圧する第２絞り部（５１２）とが順次環状に接続されて、加熱器（３２０）にて圧縮機（２１０）からの高温高圧の冷媒を加熱源として冷却水を加熱するホットガスサイクル（５００）としても良い。尚、ホットガスサイクル（５００）では、上記ヒートポンプサイクル（４００）の凝縮器（２２０）での吸熱機能を有さないので、外気温度が極めて低くい場合であっても圧縮機（２１０）での仕事分に相当する熱量を加熱器（３２０）で放熱して、冷却水の加熱が可能となる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、冷媒を吐出するポンプ（３１０）と、加熱器（３２０）と、冷媒の膨張により作動される膨張機（３３０）と、凝縮器（２２０）とが順次環状に接続されると共に、乗員によってエンジン（１０）が始動された後に昇温した冷却水を加熱源として加熱器（３２０）による冷媒の加熱を可能として、加熱器（３２０）からの冷媒の膨張によって膨張機（３３０）で動力を回収するランキンサイクル（３００）が備えられたことを特徴としている。
【００１２】
これにより、冷凍機能が不要の場合で、昇温して冷却水の温度が充分に高い時（エンジン（１０）の廃熱が充分得られる時）には、ランキンサイクル（３００）を作動させることで、膨張機（３３０）にて動力を回収でき、エンジン（１０）の廃熱を有効に活用することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、圧縮機（２１０）は、加熱器（３２０）から流出した冷媒が流入する時には、膨張機（３３０）として機能することを特徴としている。
【００１４】
これにより、圧縮機（２１０）、膨張機（３３０）を膨張機兼圧縮機（２０１）としてコンパクトな流体機械とすることができる。
【００１５】
制御手段（６００）は、請求項６に記載の発明のように、事前に乗員から入力された設定時刻に基づく時刻、あるいは乗員から入力指示された時の時刻のいずれか一方を、エンジン（１０）が始動される前の段階として捉えるようにすれば良い。
【００１６】
また、請求項７に記載の発明のように、所定部位における温度は、外気温度あるいは冷却水の温度の少なくとも一方とすれば良い。
【００１７】
また、請求項８に記載の発明では、制御手段（６００）は、加熱手段（４００、５００）に作動用電力を供給する充電器（１１）の充電量が、所定充電量以上の時に加熱手段（４００、５００）を作動させることを特徴としている。
【００１８】
これにより、エンジン（１０）が始動される前の段階において、充電器（１１）が放電過多となってしまうのを防止できる。
【００１９】
請求項９に記載の発明では、エンジン（１０）は、エンジン（１０）に対して冷却水を循環させる電動式ポンプ（２２）を備えており、制御手段（６００）は、加熱手段（４００、５００）を作動させる時に、電動式ポンプ（２２）を併せて作動させることを特徴としている。
【００２０】
これにより、加熱器（３２０）における冷却水の流れが形成でき、冷媒との熱交換効率を向上できるので、冷却水を効果的に加熱できる。
【００２１】
尚、本蒸気圧縮式冷凍機（１００）は、請求項１０に記載の発明のように、走行用駆動源としてエンジン（１０）に加えて走行用モータを備えるハイブリッド車両に適用して有効である。
【００２２】
これは、即ち、ハイブリッド車両では低速運転においてはエンジン稼働率が低く設定されており、エンジン（１０）自体の発熱（廃熱）が少ないために、特に冬場ではエンジン（１０）の廃熱を暖房器（２６）の加熱源として充分に使用できないからである。
【００２３】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る蒸気圧縮式冷凍機１００を、走行用駆動源としての水冷式のエンジン１０と、走行用モータとを備えるハイブリッド車両の空調装置に適用したものであり、図１は本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機１００を示す模式図である。
【００２５】
蒸気圧縮式冷凍機１００は、図１に示すように、周知の冷凍サイクル２００をベースとして、ランキンサイクル３００、ヒートポンプサイクル４００を組み込んだものとしている。以下、各サイクル２００、３００、４００について順に説明する。
【００２６】
まず、冷凍サイクル２００は、低温側の熱を高温側に移動させて冷熱および温熱を空調に利用するもので、圧縮機２１０、凝縮器２２０、気液分離器２３０、減圧器２４０、蒸発器２５０等が環状に接続されて形成されている。
【００２７】
圧縮機２１０は、冷媒を吸入して高温高圧に圧縮する流体機械であるが、ここでは、後述するランキンサイクル３００に用いられる膨張機３３０と兼用となる膨張機兼圧縮機２０１としている。膨張機兼圧縮機２０１は、例えばスクロール型をベースとしたものであり、冷媒流れの高圧側に制御弁２１１を有している。制御弁２１１は、膨張機兼圧縮機２０１の圧縮機２１０と膨張機３３０との切替えを可能とするもので、圧縮機２１０として作動させる時（正回転作動）は、制御弁２１１は吐出弁（即ち、逆止弁）として機能し、また、膨張機３３０として作動させる時（逆回転作動）は、高圧側冷媒流路を開く弁として機能する。尚、制御弁２１１は後述する制御装置６００によって制御される。
【００２８】
また、この膨張機兼圧縮機２０１（圧縮機２１０、膨張機３３０）には発電機および電動機の両機能を併せ持つ回転電機２１２が接続されている。即ち、回転電機２１２は、後述する制御装置６００によって、バッテリ（本発明における充電器に対応）１１から電力が供給された場合には、膨張機兼圧縮機２０１（圧縮機２１０）を駆動する（圧縮モードとする）電動機として作動する。また、膨張機兼圧縮機２０１（膨張機３３０）が後述する加熱器３２０からの過熱蒸気冷媒の膨張によって駆動力を発生する（膨張モードとなる）場合は、その駆動力によって電力を発生させる発電機として作動する。そして、得られた電力は、制御装置６００によってバッテリ１１に充電され、バッテリ１１の電力は、上記制御弁２１１および以下説明する各制御機器（２１、２２、１１０、２２１、２５１、３１０、４１１）、更には車両の各種電気負荷（ヘッドライト、エンジン補機等）に供給されるようになっている。尚、バッテリ１１での充電量は、後述する制御装置６００に出力されるようになっている。
【００２９】
圧縮機２１０の冷媒吐出側には、高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して、凝縮液化する凝縮器２２０が設けられている。尚、ファン２２１は、凝縮器２２０に車室外空気（外気）を冷却用空気として供給するものであり、後述する制御装置６００によって制御されるようになっている。
【００３０】
気液分離器２３０は、凝縮器２２０で凝縮された冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して液相冷媒を流出させるレシーバである。減圧器２４０は、気液分離器２３０で分離された液相冷媒を減圧膨脹させる減圧手段であり、本実施形態では、冷媒を等エンタルピ的に減圧すると共に、圧縮機２１０に吸入される冷媒の過熱度が所定値となるように絞り開度を制御する温度式膨脹弁を採用している。
【００３１】
蒸発器２５０は、減圧器２４０にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮する熱交換器であり、ファン２５１によって供給される車室外空気（外気）あるいは車室内空気（内気）、即ち空調用空気を冷却する。尚、ファン２５１は、後述する制御装置６００によって制御されるようになっている。そして、蒸発器２５０の冷媒流出側には、蒸発器２５０側から圧縮機２１０側にのみ冷媒が流れることを許容する逆止弁２５２が設けられている。
【００３２】
ランキンサイクル３００は、上記冷凍サイクル２００に対して、凝縮器２２０を共用すると共に、この凝縮器２２０をバイパスするように気液分離器２３０から凝縮器２２０および膨張機３３０の間（Ａ点）に接続される第１バイパス流路３０１と、膨張機３３０および逆止弁２５２の間（Ｂ点）から凝縮器２２０とＡ点との間に接続される第２バイパス流路３０２とを設けて以下のように形成している。
【００３３】
即ち、第１バイパス流路３０１には、気液分離器２３０で分離された液相冷媒を循環させる液ポンプ（ポンプ）３１０が設けられている。尚、ここでは液ポンプ３１０は電動式のポンプとしており、後述する制御装置６００によって制御されるようになっている。また、Ａ点と膨張機３３０との間に加熱器３２０が設けられている。
【００３４】
加熱器３２０は、液ポンプ３１０から送られる（吐出される）冷媒と、エンジン１０における温水回路２０のエンジン冷却水（温水）との間で熱交換することにより冷媒を加熱する（後述するヒートポンプサイクル４００の作動時には冷媒によってエンジン冷却水を加熱する）熱交換器であり、三方弁２１によりエンジン１０から流出したエンジン冷却水を加熱器３２０に循環させる場合と循環させない場合とが切替えられる。尚、三方弁２１の流路切替えは、後述する制御装置６００によって行われるようになっている。
【００３５】
因みに、水ポンプ２２は温水回路２０内でエンジン冷却水を循環させる電動式ポンプであり、後述する制御装置６００によって制御されるようになっている。
【００３６】
ラジエータ２３はエンジン冷却水と外気との間で熱交換してエンジン冷却水を冷却する熱交換器であり、ラジエータバイパス流路２４はラジエータ２３を迂回させてエンジン冷却水を流す迂回流路であり、サーモスタット２５はラジエータバイパス流路２４に流す冷却水量とラジエータ２３に流す冷却水量とを調節する流量調整弁である。そして、温水回路２０内には、エンジン冷却水を加熱源として、空調空気を加熱する空調装置用のヒータコア（本発明における暖房器に対応）２６が設けられている。
【００３７】
また、エンジン１０の出口側にはエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２７が設けられており、この水温センサ２７で検出（出力）されたエンジン冷却水温度信号（以下、冷却水温度信号）は、後述する制御装置６００に入力される。
【００３８】
そして、第２バイパス流路３０２の凝縮器２２０側の接続部には、サイクル切替え手段としてのサイクル切替え弁１１０が設けられている。サイクル切替え弁１１０は、凝縮器２２０に対して、Ａ点側流路あるいはＢ点側流路のいずれかを開くことで冷凍サイクル２００、ランキンサイクル３００、後述するヒートポンプサイクル４００の形成を切替える弁（三方弁）であり、後述する制御装置６００によって制御されるようになっている。
【００３９】
上記液ポンプ３１０、第１バイパス流路３０１、加熱器３２０、膨張機３３０、第２バイパス流路３０２、凝縮器２２０等にてエンジン１０の廃熱から膨張機３３０による駆動力を回収するランキンサイクル３００が形成される。
【００４０】
ヒートポンプサイクル４００（本発明における加熱手段に対応）は、上記ランキンサイクル３００をベースとして、液ポンプバイパス流路４１０を設けることで形成されるものとしている。
【００４１】
液ポンプバイパス流路４１０は、液ポンプ３１０をバイパスする流路としており、液ポンプバイパス流路４１０には、この流路を開閉する開閉弁４１１と、開度が所定値に固定された絞り（本発明における第１絞り部に対応）４１２とが設けられている。尚、開閉弁４１１は後述する制御装置６００によって制御されるようになっている。また、Ｂ点と圧縮機２１０との間には、サイクル中の冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して、気相冷媒のみを圧縮機２１０に供給するアキュムレータ４２０が設けられている。尚、アキュムレータ４２０は、上記冷凍サイクル２００作動時の冷媒の流通抵抗とならないように、サイクル切替え弁１１０とＢ点との間に設けるようにしても良い。
【００４２】
上記圧縮機２１０、加熱器３２０、液ポンプバイパス流路４１０、絞り４１２、凝縮器２２０、アキュムレータ４２０等によってヒートポンプサイクル４００が形成される。尚、ヒートポンプサイクル４００においては、凝縮器２２０は外気から吸熱する熱交換器として機能し、また、加熱器３２０は圧縮機２１０からの高温高圧の冷媒によってエンジン冷却水を加熱する加熱用熱交換器として機能する。
【００４３】
制御装置（本発明における制御手段に対応）６００は、乗員の設定する設定温度や環境条件等に基づいて決定されるＡ／Ｃ要求信号、図示しない外気温センサからの外気温度信号、水温センサ１４からの冷却水温度信号、バッテリ１１からの充電容量信号等が入力され、これらの信号に基づいて三方弁２１、水ポンプ２２、サイクル切替え弁１１０、制御弁２１１、回転電機２１２、ファン２２１、２５１、液ポンプ３１０、開閉弁４１１の作動を制御する。尚、制御装置６００には、後述する制御フローチャート（図５）、水温判定マップ（図６）、充電容量判定マップ（図７）が予め記憶されており、これらに基づきヒートポンプサイクル４００の作動を制御するようになっている（詳細後述）。
【００４４】
次に、本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機１００の作動（制御装置６００による制御）およびその作用効果について図２〜図９を用いて説明する。
【００４５】
１．クーラモード（図２参照）
この運転モードは、Ａ／Ｃ要求がある場合に、蒸気圧縮式冷凍機１００の基本となる冷凍サイクル２００を作動させて、凝縮器２２０にて冷媒を冷却しながら、蒸発器２５０にて冷凍能力を発揮させる運転モードである。尚、本実施形態では、冷凍サイクル２００で発生する冷熱、つまり吸熱作用を利用した冷房運転および除湿運転にのみ冷凍サイクル２００を作動させており、凝縮器２２０で発生する温熱を利用した暖房運転は行っていないが、暖房運転時であっても冷凍サイクル２００の作動は冷房運転および除湿運転時と同じである。
【００４６】
具体的には、制御装置６００は、サイクル切替え弁１１０を切替えて凝縮器２２０とＡ点側流路とを接続すると共に、三方弁２１を切替えてエンジン冷却水が加熱器３２０を迂回するようにする。また、制御弁２１１を吐出弁として機能する側に切替え、液ポンプ３１０を停止状態とし、開閉弁４１１を閉じ、ファン２２１、２５１を作動させる。そして、回転電機２１２を電動機として作動（正回転作動）させ、膨張機兼型圧縮機２０１を圧縮機（２１０）として作動させる。
【００４７】
この時、冷媒は、圧縮機２１０→加熱器３２０→サイクル切替え弁１１０→凝縮器２２０→気液分離器２３０→減圧器２４０→蒸発器２５０→逆止弁２５２→アキュムレータ４２０→圧縮機２１０の順に循環する。尚、加熱器３２０にはエンジン冷却水が循環しないので、加熱器３２０にて冷媒は加熱されず、加熱器３２０は単なる冷媒通路として機能する。
【００４８】
そして、圧縮機２１０にて圧縮されて高温高圧となった冷媒は、凝縮器２２０にてファン２２１から供給される冷却用空気（外気）によって冷却されて凝縮し、減圧器２４０にて減圧され、蒸発器２５０にてファン２５１から供給される空調用空気（外気あるいは内気）から吸熱して蒸発し、この蒸発した気相冷媒は再び圧縮機２１０に戻る。ファン２５１から供給される空調用空気は、上記冷媒の蒸発潜熱によって冷却され、車室内に送風される。
【００４９】
２．クーラ＋暖機モード（図３参照）
この運転モードは、エンジン１０始動直後のようにエンジン冷却水温が低く、且つ、冷凍サイクル２００による上記クーラモードを実行する場合に、低温状態にあるエンジン冷却水を積極的に加熱する運転モードである。
【００５０】
具体的には、制御装置６００は、上記クーラモードに対して、三方弁２１を切替えてエンジン冷却水が加熱器３２０を流通するようにする。この時、エンジン冷却水の温度は、圧縮機２１０で圧縮され高温高圧となった冷媒の温度よりも低く、加熱器３２０にて冷媒とエンジン冷却水との間で熱交換され、エンジン冷却水が加熱される。逆に言うと、冷媒は加熱器３２０で冷却されることになる。このように、クーラ＋暖機モードにおいては、加熱器３２０は、冷媒の熱をエンジン冷却水（エンジン１０側）に放熱する放熱器として機能する（エンジン冷却水加熱機能）。
【００５１】
３．ランキン発電モード（図４参照）
この運転モードは、上記Ａ／Ｃ要求が無い場合（上記クーラモードあるいはクーラ＋暖機モードが不要の場合）で、冷却水温度が充分に上昇して所定温度以上となった時に、ランキンサイクル３００を作動させて、エンジン１０の廃熱を他の機器等に利用可能なエネルギーとして回収する運転モードである。
【００５２】
具体的には、制御装置６００は、サイクル切替え弁１１０を切替えて凝縮器２２０とＢ点側流路（第２バイパス流路３０２）とを接続すると共に、三方弁２１を切替えてエンジン冷却水が加熱器３２０を流通するようにする。また、制御弁２１１を開く側に切替え、液ポンプ３１０を作動状態とし、開閉弁４１１を閉じ、ファン２２１を作動させる。そして、回転電機２１２を発電機として作動させる。
【００５３】
この時、冷媒は、気液分離器２３０→第１バイパス流路３０１→液ポンプ３１０→加熱器３２０→膨脹機３３０→アキュムレータ４２０→第２バイパス流路３０２→サイクル切替え弁１１０→凝縮器２２０→気液分離器２３０の順に循環する。
【００５４】
そして、膨脹機３３０には加熱器３２０にて加熱された過熱蒸気冷媒が流入し、膨脹機３３０に流入した過熱蒸気冷媒は、膨脹機３３０内で等エントロピ的に膨脹しながらそのエンタルピを低下させていく。このため、膨脹機３３０は、低下したエンタルピに相当する機械的エネルギーを回転電機２１２に与える。即ち、膨張機３３０は、過熱蒸気冷媒の膨張によって回転駆動され、この時の駆動力によって回転電機（発電機）２１２を作動（逆回転作動）させる。制御装置６００は、回転電機２１２により発電された電力をバッテリ１１に充電する。そして、充電された電力は他の機器の作動に使用される。
【００５５】
また、膨脹機３３０から流出した冷媒は、凝縮器２２０にて冷却されて凝縮し、気液分離器２３０に蓄えられ、気液分離器２３０内の液相冷媒は、液ポンプ３１０にて加熱器３２０側に送られる。尚、液ポンプ３１０は、加熱器３２０にて加熱されて生成された過熱蒸気冷媒が、気液分離器２３０側に逆流しない程度の圧力にて液相冷媒を加熱器３２０に送り込む。
【００５６】
４．即効ヒータモード（ヒートポンプ暖機モード図５〜図８参照）
この運転モードは、特に冬場などの寒い季節において、エンジン１０が乗員によって始動される前の段階からヒートポンプサイクル４００を作動させて、低温状態にあるエンジン冷却水を予め加熱する運転モードである。
【００５７】
この運転モード実行にあたっては、まずユーザ（乗員）が、制御装置６００に「即効ヒータモード」使用の設定を行う。例えば、ユーザは日々乗車する時刻（車両のエンジン１０を始動する時刻であり、例えば、月曜日から金曜日までの毎朝６時）を設定して制御装置６００に直接、あるいはリモートコントロール（遠隔操作）によって入力しておく（ユーザによる設定完了）。
【００５８】
すると、制御装置６００は、上記入力された乗車時刻を基に所定時間（例えば３分）さかのぼった時刻（午前５時５７分）をエンジン１０が始動される前段階の時刻として設定する。そして、図５に示す制御用フローチャート、図６、図７に示す各判定マップに基づき即効ヒータモード実行の要否を判定し、必要な場合にヒートポンプサイクル４００を作動させる。
【００５９】
具体的には、制御装置６００は、上記で設定した前段階時刻になると、図５のステップＳ１１０で図示しない外気温センサから得られる外気温度が所定外気温度（例えば１０℃）以下か否かを判定する。所定外気温度以下と判定すると（図中のＹ）、ステップＳ１２０で水温センサ２７から得られる冷却水温度が所定冷却水温度（図６中のＴｗ１であり例えば４０℃）以下か否かを判定する。所定冷却水温度以下と判定すると（図中のＹ）、ステップＳ１３０でバッテリ１１の充電量が所定充電量（図７中のＳＯＣ２であり例えば６０％）以上か否かを判定する。所定充電量以上と判定すると（図中のＹ）、ステップＳ１４０でヒートポンプサイクル４００の作動を決定し、以下の制御を行う。
【００６０】
即ち、図８に示すように、制御装置６００は、サイクル切替え弁１１０を切替えて凝縮器２２０とＢ点側流路（第２バイパス流路３０２）とを接続すると共に、三方弁２１を切替えてエンジン冷却水が加熱器３２０を流通するようにし、制御弁２１１を吐出弁として機能する側に切替え、液ポンプ３１０を停止状態とし、開閉弁４１１を開き、ファン２２１を作動させる。そして、回転電機２１２を電動機として作動（正回転作動）させ、膨張機兼圧縮機２０１を圧縮機（２１０）として作動させると共に、水ポンプ２２を作動させる。
【００６１】
この時、冷媒は、圧縮機２１０→加熱器３２０→第１バイパス流路３０１→液ポンプバイパス流路４１０→開閉弁４１１→絞り４１２→凝縮器２２０→サイクル切替え弁１１０→第２バイパス流路３０２→アキュムレータ４２０→圧縮機２１０の順に循環する。
【００６２】
そして、上記のクーラ＋暖機モード実行時と同様に、加熱器３２０にて冷媒とエンジン冷却水との間で熱交換され、エンジン冷却水が加熱される。更に、サイクル内の冷媒は、絞り４１２にて減圧され、凝縮器２２０にて外気から吸熱して蒸発し、この蒸発した気相冷媒はアキュムレータ４２０で気液分離されて、気相冷媒が再び圧縮機２１０に戻る。
【００６３】
このように、即効ヒータモードにおいては、加熱器３２０は、冷媒の熱をエンジン冷却水（エンジン１０側）に放熱する放熱器として機能し（エンジン冷却水加熱機能）、また、凝縮器２２０は、外気から冷媒に吸熱する吸熱用熱交換器として機能することになる。尚、加熱器３２０での加熱能力は、凝縮器２２０での吸熱分と圧縮機２１０の仕事分に相当する。
【００６４】
尚、制御装置６００は、図５中の各ステップＳ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０のいずれかにおいて、否（図中のＮ）と判定すると（冷却水温度については図６中のＴｗ２以上となると、また、バッテリ１１の充電容量については図７中のＳＯＣ１以下となると）、ヒートポンプサイクル４００（および水ポンプ２２）の作動を停止する（ステップＳ１５０）。
【００６５】
以上のように、本実施形態では冷凍サイクル２００の圧縮機２１０、凝縮器２２０を共用して、加熱手段としてのヒートポンプサイクル４００を形成でき、このヒートポンプサイクル４００によってエンジン１０が始動される前の段階からエンジン冷却水を加熱できる（即効ヒータモードの実行）。よって、乗員が車両に乗り込んだ直後からすぐに、エンジン冷却水を加熱源とするヒータコア２６での暖房効果を得ることができる。
【００６６】
また、エンジン１０が始動される前の段階から、エンジン冷却水が加熱されることにより、始動直後の暖機時間を短縮することができ、エンジン１０の燃費性能およびエミッション性能を向上させることができる。
【００６７】
上記効果を外気温度が０℃の場合を基に定量的に確認した結果を図９に示す。ヒートポンプサイクル４００作動による即効ヒータモードの実行により（図９中の実線）、冷却水温度はエンジン１０始動時（経過時間０分の時点）において、すでに約１０℃のアップが得られ、即効ヒータモードを有さない場合（図９中の破線）に比べて、ヒータコア２６からの吹出し空気温度が、例えば２０℃に達する時間が、約２．５分要していたものが約１分に短縮された。
【００６８】
また、即効ヒータモードの実行にあたり、バッテリ１１での充電容量を確認するようにしているので、エンジン１０が始動される前の段階において、バッテリ１１が放電過多（バッテリ上がり）となってしまうのを防止できる。
【００６９】
また、ヒートポンプサイクル４００を作動させる時に、エンジン１０側の水ポンプ２２も併せて作動させるようにしているので、加熱器３２０におけるエンジン冷却水の流れが形成でき、冷媒との熱交換効率を向上でき、エンジン冷却水を効果的に加熱できる。
【００７０】
また、冷凍サイクル２００の凝縮器２２０およびヒートポンプサイクル４００の加熱器３２０を共用するランキンサイクル３００を設けているので、冷凍サイクル２００、ヒートポンプサイクル４００の作動が不要の場合で、エンジン１０自身からの発熱（廃熱）が充分得られる時には、ランキンサイクル３００を作動することで、膨張機３３０にて動力を回収して発電することができ、エンジン１０の廃熱（従来、ラジエータ２３にて熱として大気中に捨てられていた熱エネルギー）を有効に活用することができる。即ち、エンジン１０の燃費を向上させることができる。
【００７１】
また、圧縮機２１０および膨張機３３０は、互いに兼用される膨張機兼圧縮機２０１として形成しているので、コンパクトな流体機械とすることができる。
【００７２】
尚、即効ヒータモードにおける前段階時刻の設定にあたっては、ユーザは乗車時刻に対して所定時間さかのぼった時刻を予め決めて入力することにして、制御装置６００がその入力された時刻を前段階時刻として設定するようにしても良い。また、乗車時刻あるいは乗車時刻を所定時間さかのぼった時刻を不要として、遠隔操作入力等によりユーザから入力指示された時の時刻を前段階時刻として設定するようにしても良い。
【００７３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図１０〜図１２に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、加熱手段としてのヒートポンプサイクル４００をホットガスサイクル５００に変更したものである。具体的には、液ポンプバイパス流路４１０、開閉弁４１１、絞り４１２を廃止すると共に、圧縮機２１０、加熱器３２０を共用して切替え流路５１０を設けることで形成されるものとしている。
【００７４】
即ち、切替え流路５１０は、液ポンプ３１０および加熱器３２０の間（Ｃ点）から、圧縮機２１０の吸入側（Ｄ点）に接続される流路としており、切替え流路５１０には、この流路を開閉する開閉弁５１１と、開度が所定値に固定された絞り（本発明における第２絞り部に対応）５１２とが設けられている。尚、開閉弁５１１は制御装置６００によって制御されるようになっている。
【００７５】
上記圧縮機２１０、加熱器３２０、切替え流路５１０、絞り５１２、アキュムレータ４２０等によってホットガスサイクル５００が形成される。
【００７６】
本実施形態においては、制御装置６００は即効ヒータモードを上記ホットガスサイクル５００を作動させることで実行する。ユーザによる即効ヒータモードの設定（乗車時刻の入力）、制御装置６００による前段階時刻の設定は、上記第１実施形態と同一である。また、制御のフローについては、図１１に示すものを用いるが、基本的には、図５で説明したものと同一で、ステップＳ１１０〜ステップＳ１３０での判定をすべて肯定判定とした時に、ステップＳ１４１でホットガスサイクル５００の作動を決定し、以下の制御を行う。
【００７７】
即ち、図１２に示すように、制御装置６００は、サイクル切替え弁１１０を切替えて凝縮器２２０とＢ点側流路（第２バイパス流路３０２）とを接続すると共に、三方弁２１を切替えてエンジン冷却水が加熱器３２０を流通するようにし、制御弁２１１を吐出弁として機能する側に切替え、液ポンプ３１０を停止状態とし、開閉弁５１１を開く。そして、回転電機２１２を電動機として作動（正回転作動）させ、膨張機兼圧縮機２０１を圧縮機（２１０）として作動させると共に、水ポンプ２２を作動させる。
【００７８】
この時、冷媒は、圧縮機２１０→加熱器３２０→切替え流路５１０→開閉弁５１１→絞り５１２→第２バイパス流路３０２→アキュムレータ４２０→圧縮機２１０の順に循環する。
【００７９】
そして、上記第１実施形態での即効ヒータモード実行時と同様に、加熱器３２０にて冷媒とエンジン冷却水との間で熱交換され、エンジン冷却水が加熱される。更に、サイクル内の冷媒は、絞り５１２にて減圧され、アキュムレータ４２０で気液分離されて、気相冷媒が再び圧縮機２１０に戻る。
【００８０】
尚、ホットガスサイクル５００の作動においては、加熱器３２０は、圧縮機２１０の仕事分に相当する熱をエンジン冷却水（エンジン１０側）に放熱する放熱器として機能（エンジン冷却水加熱機能）することになる。
【００８１】
このように、本実施形態ではホットガスサイクル５００によってエンジン１０が始動される前の段階からエンジン冷却水を加熱でき（即効ヒータモードの実行）、乗員が車両に乗り込んだ直後からすぐに、エンジン冷却水を加熱源とするヒータコア２６での暖房効果を得ることができる。
【００８２】
尚、ホットガスサイクル５００を加熱手段として用いた場合は、上記第１実施形態で説明したヒートポンプサイクル４００を加熱手段として用いた場合のように、凝縮器２２０による外気からの吸熱作用を用いないことから、外気温度が極めて低い場合（例えば−１０℃以下）であっても圧縮機２１０での仕事分に相当する熱量を加熱器３２０で放熱して、エンジン冷却水の加熱が可能となる。
【００８３】
（その他の実施形態）
上記第１、第２実施形態においては、ランキンサイクル３００を備えるものとして説明したが、このランキンサイクル３００を廃止して、基本のクーラモードと即効ヒータモードとを実行可能なものとしても良い。
【００８４】
また、ヒートポンプサイクル４００あるいはホットガスサイクル５００の作動を決定する時の温度判定としては、外気温度および冷却水温度のいずれか一方としても良い。また、別の部位における温度を代表温度として、判定条件に用いるようにしても良い。
【００８５】
また、即効ヒータモードの実行に使用される電力量に応じて（バッテリ１１の充電容量が常に充分確保されるならば）、図５あるいは図１１で説明したバッテリ１１の充電容量の判定（ステップＳ１３０）は省略しても良い。
【００８６】
また、即効ヒータモード実行時のエンジン冷却水の昇温状況に応じて、エンジン１０の水ポンプ２２は非作動のままとしても良い。
【００８７】
また、冷凍サイクル２００作動時におけるエンジン１０の暖機（クーラ＋暖機モード）はできなくなるが、主としてヒートポンプサイクル４００あるいはホットガスサイクル５００の作動によりエンジン１０の暖機を考えるならば、加熱器３２０は、冷凍サイクル２００の圧縮機２１０と凝縮器２２０とを繋ぐ冷媒流路から外れて配設されるようにしても良い。
【００８８】
また、圧縮機２１０と膨張機３３０とが兼用された膨張機一体型圧縮機２０１として説明したが、それぞれ独立して設けられたものとしても良い。
【００８９】
また、サイクル切替え弁１１０は、三方弁に代えて、Ａ点側流路あるいはＢ点側流路をそれぞれ開閉する開閉弁としても良い。
【００９０】
また、膨張機３３０にて回収した駆動力で回転電機（発電機）２１２を作動させて、電気エネルギーとして蓄電器にて蓄えたが、フライホィールによる運動エネルギー、またはバネによる弾性エネルギー等の機械的エネルギーとして蓄えても良い。
【００９１】
また、本発明が搭載される車両としてハイブリッド車両を例にして説明したが、走行用駆動源として通常の水冷式のエンジンのみを搭載する車両を対象にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１実施形態における蒸気圧縮式冷凍機を示す模式図である。
【図２】図１においてクーラモードで作動する場合のエンジン冷却水および冷媒流れ方向を示す模式図である。
【図３】図１においてクーラ＋暖機モードで作動する場合のエンジン冷却水および冷媒流れ方向を示す模式図である。
【図４】図１においてランキン発電モードで作動する場合のエンジン冷却水および冷媒流れ方向を示す模式図である。
【図５】第１実施形態における即効ヒータモード実行のための制御用フローチャートである。
【図６】図５における冷却水温度判定用のマップである。
【図７】図５における充電容量判定用のマップである。
【図８】図１において即効ヒータモードで作動する場合のエンジン冷却水および冷媒流れ方向を示す模式図である。
【図９】即効ヒータモード実行時の吹出し温度および冷却水温度を示すタイムチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態における蒸気圧縮式冷凍機を示す模式図である。
【図１１】第２実施形態における即効ヒータモード実行のための制御用フローチャートである。
【図１２】図１０において即効ヒータモードで作動する場合のエンジン冷却水および冷媒流れ方向を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０  エンジン
１１  バッテリ（充電器）
２２  水ポンプ（電動式ポンプ）
２６  ヒータコア（暖房器）
１００  蒸気圧縮式冷凍機
２１０  圧縮機
２１２  回転電機（電動機）
２２０  凝縮器
２４０  減圧器
２５０  蒸発器
３００  ランキンサイクル
３１０  液ポンプ（ポンプ）
３２０  加熱器
３３０  膨張機
４００  ヒートポンプサイクル（加熱手段）
４１２  絞り（第１絞り部）
５００  ホットガスサイクル（加熱手段）
５１２  絞り（第２絞り部）
６００  制御装置（制御手段）
【図１】
2006188156.tif 000003
【図２】
2006188156.tif 000004
【図３】
2006188156.tif 000005
【図４】
2006188156.tif 000006
【図５】
2006188156.tif 000007
【図６】
2006188156.tif 000008
【図７】
2006188156.tif 000009
【図８】
2006188156.tif 000010
【図９】
2006188156.tif 000011
【図１０】
2006188156.tif 000012
【図１１】
2006188156.tif 000013
【図１２】
2006188156.tif 000014